【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修2：3.3 變壓器第2課時(shí)探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系課件

第三章交變電流3．變壓器第2課時(shí)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系課堂達(dá)標(biāo)檢測實(shí)驗(yàn)必備·合作探究實(shí)驗(yàn)研析·創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)必備·合作探究1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄孔儔浩髟?、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。2．實(shí)驗(yàn)原理(1)如圖所示，變壓器是由原線圈、副線圈和鐵芯組成的。電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，副線圈就存在輸出電壓。(2)本實(shí)驗(yàn)通過與副線圈相連接的多用電表，觀察原線圈電壓變化時(shí)，副線圈輸出電壓的變化；通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系。3．實(shí)驗(yàn)器材可拆變壓器(鐵芯、兩個(gè)已知匝數(shù)的線圈)、多用電表、低壓交流電源、導(dǎo)線若干。4．實(shí)驗(yàn)過程(1)保持原線圈的匝數(shù)n1＝400匝和電壓U1＝5V不變，改變副線圈的匝數(shù)n2

，研究n2對副線圈電壓U2的影響。①選擇原線圈的匝數(shù)n1＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上，將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V。將多用電表與原線圈n1＝400匝的接線柱相連接，檢查原線圈的電壓是否為5V，如圖甲。表格一U1＝5V，n1＝400匝②將多用電表與副線圈n2＝200匝的接線柱相連接，如圖乙，讀出副線圈兩端的電壓U2。將n2、U2的數(shù)值記錄在表格一中。③將多用電表與副線圈n2＝800匝的接線柱相連接，如圖丙，讀出副線圈兩端的電壓U2。將n2、U2的數(shù)值記錄在表格一中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n2/匝

U2/V

④將多用電表與副線圈n2＝1400匝的接線柱相連接，如圖丁，讀出副線圈兩端的電壓U2。將n2、U2的數(shù)值記錄在表格一中。(2)保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對副線圈電壓的影響。表格二U1＝5V，n2＝400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n1/匝

U2/V

①將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈。選擇n2＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。②將選擇開關(guān)撥至5V擋。③將多用電表與原線圈n1＝200匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。將n1、U2的數(shù)值記錄在表格二中。④保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線與原線圈n1＝800匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。將n1、U2的數(shù)值記錄在表格二中。⑤保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線與原線圈n1＝1400匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。將n1、U2的數(shù)值記錄在表格二中。⑥拆除實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。5．?dāng)?shù)據(jù)處理分析表格一和表格二數(shù)據(jù)可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)n1、n2之比。6．誤差分析(1)由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。(2)原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)，造成誤差。(3)鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流，造成誤差。(4)多用電表的讀數(shù)存在誤差。7．注意事項(xiàng)(1)要事先推測副線圈兩端電壓的可能值。(2)為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時(shí)不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。(3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。(4)連接電路后要由同組的幾位同學(xué)分別獨(dú)立檢查，然后請老師確認(rèn)，只有這樣才能接通電源。(5)在改變學(xué)生電源、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān)，再進(jìn)行操作。實(shí)驗(yàn)研析·創(chuàng)新應(yīng)用探究一教材原型實(shí)驗(yàn)

(2022·江蘇省高二期中)某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器探究“變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示。典例1典|例|剖|析(1)實(shí)驗(yàn)中可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究_________(選填“原線圈”或“副線圈”)匝數(shù)對副線圈電壓的影響。(2)變壓器的原線圈接低壓交流電，為了保證人身安全，電源電壓不要超過_______V。(3)測量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“_______電壓擋”(選填“直流”或“交流”)，先用_______量程擋試測(選填“最大”或“最小”)，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。副線圈12交流最大(4)若變壓器原、副線圈匝數(shù)分別選擇n1＝800匝，n2＝400匝，原線圈與10V正弦式交流電源相連，用理想電壓表測得輸出電壓U2＝4.5V，輸出電壓測量值明顯小于理論值，可能的原因是_____。A．原線圈匝數(shù)n1少于800匝B．副線圈匝數(shù)n2多于400匝C．副線圈阻值較大D．鐵芯B沒有安裝在鐵芯A上D(5)(多選)如圖丙所示，某同學(xué)自己繞制了兩個(gè)線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是______。A．與變壓器未通電時(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力B．若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將增加C．若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起D．變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈AC解析：(1)實(shí)驗(yàn)中可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響。(2)變壓器的原線圈接低壓交流電，為了保證人身安全，電源電壓不要超過12V。(3)測量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的交流電壓擋，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。因?yàn)檩敵鲭妷簻y量值小于理論值，則可能是n2偏小或n1偏大，故A、B錯誤；副線圈阻值不影響輸出電壓，故C錯誤；若鐵芯B沒有安裝在鐵芯A上，則可能導(dǎo)致漏磁，使得輸出電壓偏小，故D正確。(5)變壓器線圈通電后會產(chǎn)生磁場，從而對變壓器上端的橫條鐵芯有吸引作用，則與變壓器未通電時(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力，選項(xiàng)A正確；若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，則次級電壓減小，小燈泡的亮度將變暗，選項(xiàng)B錯誤；若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，則次級電壓變大，輸出功率變大，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起，選項(xiàng)C正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能，鐵芯起到傳遞能量的作用，而不是導(dǎo)電，故D錯誤。(多選)(2023·安徽高二期中)某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”。可拆變壓器如圖甲、乙所示。對點(diǎn)訓(xùn)練?(1)下列說法正確的是_______。A．為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)B．變壓器原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時(shí)可以選用多用電表的“直流電壓擋”C．可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響D．變壓器鐵芯是由相互絕緣的薄硅鋼片平行疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼CD(2)小明同學(xué)把交流電源接在原線圈兩端，調(diào)節(jié)學(xué)生電源使輸出電壓為30V，用多用電表交流電壓10V擋測量副線圈兩端電壓，測量結(jié)果如圖丙所示，則示數(shù)為____V，原、副線圈匝數(shù)比最有可能的值是_____。

(填選項(xiàng)前字母)A．4∶1 B．5∶1C．6∶1 D．9∶14.4C解析：(1)為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，讓副線圈上得到較低的電壓，故A錯誤；變壓器原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“交流電壓擋”，故B錯誤；可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，故C正確；變壓器鐵芯是利用由相互絕緣的薄硅鋼片平行疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這樣設(shè)計(jì)的原因是減小渦流，提高變壓器的效率，故D正確。探究二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新有兩個(gè)視角：視角一：不改變實(shí)驗(yàn)原理，改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，在原線圈兩端電壓和匝數(shù)一定時(shí)，用多用電表測出副線圈兩端電壓就可以求出副線圈的匝數(shù)。視角二：不改變實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，還可以探究變壓器是否是理想變壓器。

如果把一個(gè)可拆變壓器看成理想變壓器，兩個(gè)線圈分別為A、B，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源。(1)請簡要敘述實(shí)驗(yàn)步驟(寫出要測的物理量，并用字母表示)。答案：見解析(2)A線圈的匝數(shù)為nA＝__________。(用所測物理量符號表示)典例2典|例|剖|析解析：(1)①用長導(dǎo)線繞一個(gè)n匝線圈，作為副線圈替代A線圈。②把低壓交流電源接B線圈，用多用電表交流電壓擋測得繞制的線圈的輸出電壓U。③用A線圈換下繞制的線圈用多用電表交流電壓擋測得A線圈的輸出電壓UA。(2022·山東菏澤高二期中)在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，可拆變壓器結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)原線圈中接入的電源是_____；A．接入電壓為220V交流電源B．接入學(xué)生電源12V以下直流輸出端C．接入學(xué)生電源12V以下交流輸出端對點(diǎn)訓(xùn)練?C(2)用匝數(shù)na＝400匝和nb＝800匝的變壓器，實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)如表：根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷原線圈匝數(shù)為_________匝。(填“400”或“800”)(3)一次實(shí)驗(yàn)中，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為400匝和200匝，測得的電壓分別為8.00V和3.90V，據(jù)此可知電壓比與匝數(shù)比并不相等，主要原因是___________________(至少說出兩個(gè)原因)。Ua/V2.803.804.905.90Ub/V6.008.029.9812.00800有漏磁、鐵芯發(fā)熱解析：(1)在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電源電壓不超過12V，故A、B錯誤，C正確，故選C。(2)由于變壓器不是理想變壓器，存在電能損耗，(3)根據(jù)題意可知，電壓比與線圈匝數(shù)比不相等，主要原因是變壓器不是理想變壓器，即有漏磁、鐵芯發(fā)熱等影響。課堂達(dá)標(biāo)檢測1．(2023·北京房山高二期中)利用如圖所示的裝置可以探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系：(1)(多選)除圖中所示器材外，還需要的器材有_______。A．干電池 B．低壓交流電源C．直流電壓表 D．交流電壓表BD(2)(多選)下列說法正確的是_______。A．變壓器工作時(shí)，通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈B．變壓器工作時(shí)在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能C．理想變壓器輸入功率等于輸出功率，沒有能量損失D．變壓器副線圈上不接負(fù)載時(shí)，原線圈兩端電壓為零BC(3)實(shí)驗(yàn)中，圖中變壓器的原線圈接“0,800匝”接線柱，所接電源電壓為交流10.0V，副線圈接“0,400匝”接線柱，則副線圈兩端電壓是_____。A．20.0V B．15.0VC．5.0V D．2.5VD>解析：(1)變壓器只能改變交流電的電壓，必須要有低壓交流電源提供交流電，故B正確，A錯誤；原線圈輸入交流電壓，副線圈輸出交流電壓，故應(yīng)用交流電壓表測量輸入和輸出電壓，故D正確，C錯誤。(2)變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而不是通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈的，故A錯誤；變壓器工作時(shí)在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，故B正確；理想變壓器不漏磁、無能量損失，輸入功率和輸出功率相等，故C正確；變壓器的原線圈兩端電壓由發(fā)電機(jī)提供，副線圈上不接負(fù)載時(shí)，原線圈兩端的電壓不變，故D錯誤。(4)根據(jù)理想變壓器原理可知，原副線圈兩端電壓之比等于原副線圈匝數(shù)之比，即變壓器原、副線圈電壓應(yīng)與其匝數(shù)成正比，實(shí)驗(yàn)中由于變壓器的銅損、磁損和鐵損，導(dǎo)致變壓器的鐵芯損失一部分能量，所以副線圈上的電壓的實(shí)際值一般略小于理論值，所以實(shí)驗(yàn)測得的原、副線圈的電壓比應(yīng)當(dāng)大于原、副線圈的匝數(shù)比。2．(2022·山東濟(jì)寧高二期中)某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示。(1)一位同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察兩個(gè)線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，他選擇的原線圈為800匝，副線圈為400匝，原線圈接學(xué)生電源的正弦交流輸出端，所接電源為“8V”擋位，測得副線圈的電壓為4.2V。則下列敘述中可能符合實(shí)際情況的一項(xiàng)是_____。A．原線圈導(dǎo)線比副線圈導(dǎo)線粗B．學(xué)生電源實(shí)際輸出電壓大于標(biāo)注的“8V”C．原線圈實(shí)際匝數(shù)與標(biāo)注“800”不符，應(yīng)大于800匝D．副線圈實(shí)際匝數(shù)與標(biāo)注“400”不符，應(yīng)小于400匝B(2)變壓器鐵芯是利用由相互絕緣的薄硅鋼片平行疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，如圖所示。圖中，硅鋼片應(yīng)平行于_____。A．平面abcd B．平面abfeC．平面abgh D．平面aehdD(2)磁感線環(huán)繞方向應(yīng)該沿閉合鐵芯，產(chǎn)生的渦流應(yīng)沿abcd平面，為了減小渦流影響，硅鋼片應(yīng)平行于平面aehd，故A、B、C錯誤，D正確。3．(2023·山西